实验二 单缝衍射实验
一、 【实验目的】
掌握电磁波的单缝衍射时衍射角对衍射波强度的影响
二、 【预习内容】
电磁波单缝衍射现象
三、 【实验设备与仪器】
S426型分光仪
四、 【实验原理】
a
当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为
φmin =Sin -1
λ
α ，其中λ是波长，a 是狭缝宽度。两者取同一长度单位，然
后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为：
⎛3λ⎫
φmax =Sin -1 ∙⎪
⎝2α⎭
五、 【实验步骤】
仪器连接时，预先接需要调整单缝衍射板的缝宽，当该板放到支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的900刻度的一对线一致。转动小平台使固定臂的指针在小
00
平台的180处，此时小平台的0就是狭缝平面的法线方向。这时调整信号电平使表头指示接近满度。然后从衍射角00开始，在单缝的两侧使衍射角每改变20 读取 一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线。
根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，并与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。
六、 【实验结果及分析】
记录实验测得数据，画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，根据微博波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。 （1）单缝衍射实验α角度 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
α=70mm
=70mm,50mm,20mm；
右侧衍射强度（uA ） 96 96 94 84 72 66 62 60 58 40 18
100 92 70 59 62 64 58 56 57 60 50
62 69 47 32 29 36 34 21 19 29 44
α=50mm
α=20mm α=70mm α=50mm α=20mm
左侧衍射强度（uA ） 100 98 97 92 81 68 64 58 52 30 10
100 90 62 58 62 64 58 54 54 64 70
61 36 22 28 25 38 30 14 22 42 50
26 1 24 36 1 30 28 1（第一极小） 20 48 2 24 30 1 12 50 1（第一极小） 18 32 2 8 42 4 12 34 2 10 22 4 9 36 4 4 10 2 4 38 2 1（第一极小） 24 3 3 40 2 1 38 4 1（第一极小） 42 5 2 32 5 2 44 7（第一极大） 2 16 8（第一极大） 4 46 5 4 4 2 3 48 3 2 8 1 2 50 2 2 5 3 1 52 2 2 2 2 1
（a ）整理以上数据表格标注一级极大，一级极小对应的角度值。 测量值 一级极小 一级极大
28 40 α=70mm
38 42 α=50mm
50 α=20mm 量程内未测量到
（b ）画出衍射曲线
41 39 44 52 28 14 18 22 32 12 5 4 8 9
（一）单缝宽度为70mm 时的衍射
（二）单缝宽度为50mm 时的衍射
（三）单缝宽度为20mm 时的衍射
（c ）根据公式算出一级极大和一级极小的衍射角，和实验曲线求得的极大极小对应的衍射角进行比较。
理论值 一级极小 一级极大
27.203 43.292 α=70mm
39.792 73.750 α=50mm
α=20mm 无 无
数据分析：
从表格和衍射曲线图中可以发现当α=70mm，一级极大和极小的实际值与理论值比较接近，误差在2度之内，但是极小值和极大值之间有一个较高的峰值，可能之后环境引起的误差。
但是在α=50mm时候，一级极小值的测量值与理论值相差不大，比较容易读出。
由于α=20mm时，小于波长λ=32mm，不能产生衍射现象。从图三可以看出实际测量值在不断波动，并且总体呈降低趋势，不存在极小极大值点。
所以有图可看出，在误差范围内，基本符合衍射定律。
七、【误差分析】
1、
实验室环境：由于实验室里面设备比较集中，同时有多台仪器同时
进行实验，电磁波的衍射反射折射导致空间中存在很多电磁波信号，导致了在测量中示数的波动，产生了误差。而且组与组之间没有介质隔离开，导致相邻组之间相互电干扰比较大，特别当自己的接收端和其他组的发射端间方向相对时会产生电流的突然增大。此外由于实验空间比较小，自己设备射到附近的物体产生的反射也会影响结果。 实验装置：（1）两个喇叭方向高度没有进行正对校准就进行了实验，这样会导致在两臂成直线时喇叭并不是正对的，这样如果在初始0度角的时候，调节衰减旋钮使表头接近满偏，那么在实验转动支撑臂的时候会发现度数超过量程。我们组就出现了此问题，在调解正确之后数据才比较合理（2）实验仪器精确度问题，实验时小圆盘的刻度指针松动明显导致了读角度可能会产生一定的偏移。
人为因素：在移动支撑臂时候，表头示数不稳定，可能是实验环境的影响，导致了读数的困难，读数精准度不够，同时在试验中能感觉到人体本身产生的反射也会对示数造成影响。
2、
3、
八、【实验心得】
通过本次对电磁波单缝衍射和电磁波反射和折射实验之后，对电磁波的理论有了更深入的理解，衍射反射折射是电磁波在空间传播的3个重要的性质，也都是在之前的电磁场与电磁波学过的内容。在物理实验课程中我们也曾对光波做过同样的观察，但本次对电磁波的观测的方法与之前有很大不同，需要用电流表来读数，并通过读数来找反射角入射角，而不是通过直接观察来得到-可见波和不可见波的测量方法存在着很大的不同。
在进行实验的时候需要我们把学过的知识结合起来而不是盲目地按照步骤去一直做下去，做实验时需要分析原来方法，理解实验步骤的意义，需要根据专业
知识很鉴别自己的数据的正确性，并针对其中的不合理的地方做出分析和改进。同时在实际操作的时候，需要考虑很多实际问题，例如，校准，干扰等等。不但需要有相关的专业知识还需要有比较强的动手能力和实际问题分析解决的能力。 本实验由于环境和仪器本身存在不稳定性，在做衍射实验的时候，在一级极小值之后，读数都很小，容易把小波动当成成极大值。需要多次测量才能确定。 通过本次实验，让我们对课上学习到的知识公式有了更直观的理解，也让我们认识到只有把理论和实际相结合才能真正得运用所学到的知识。
九、【建议】
1、在组与组之间加一些隔离的措施，避免不同组之间电磁波相互干扰。
2、另外，实验的互相之间的干扰太大，希望实验室能够采取某些防止干扰的措施，比如在仪器之间做一些隔离措施，或者减少一次同时进行实验的人数。
3、当α=50mm时，由于表格中给出的要测角度只到52度，而其一级极大衍射角在73.75度，这样，我们根本没有测到该衍射角度的衍射强度，导致最后误把一个测量误差的波动当成了一级极大，所以可以适当地多测一些数据。
实验二 单缝衍射实验
一、 【实验目的】
掌握电磁波的单缝衍射时衍射角对衍射波强度的影响
二、 【预习内容】
电磁波单缝衍射现象
三、 【实验设备与仪器】
S426型分光仪
四、 【实验原理】
a
当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为
φmin =Sin -1
λ
α ，其中λ是波长，a 是狭缝宽度。两者取同一长度单位，然
后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为：
⎛3λ⎫
φmax =Sin -1 ∙⎪
⎝2α⎭
五、 【实验步骤】
仪器连接时，预先接需要调整单缝衍射板的缝宽，当该板放到支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的900刻度的一对线一致。转动小平台使固定臂的指针在小
00
平台的180处，此时小平台的0就是狭缝平面的法线方向。这时调整信号电平使表头指示接近满度。然后从衍射角00开始，在单缝的两侧使衍射角每改变20 读取 一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线。
根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，并与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。
六、 【实验结果及分析】
记录实验测得数据，画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，根据微博波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。 （1）单缝衍射实验α角度 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
α=70mm
=70mm,50mm,20mm；
右侧衍射强度（uA ） 96 96 94 84 72 66 62 60 58 40 18
100 92 70 59 62 64 58 56 57 60 50
62 69 47 32 29 36 34 21 19 29 44
α=50mm
α=20mm α=70mm α=50mm α=20mm
左侧衍射强度（uA ） 100 98 97 92 81 68 64 58 52 30 10
100 90 62 58 62 64 58 54 54 64 70
61 36 22 28 25 38 30 14 22 42 50
26 1 24 36 1 30 28 1（第一极小） 20 48 2 24 30 1 12 50 1（第一极小） 18 32 2 8 42 4 12 34 2 10 22 4 9 36 4 4 10 2 4 38 2 1（第一极小） 24 3 3 40 2 1 38 4 1（第一极小） 42 5 2 32 5 2 44 7（第一极大） 2 16 8（第一极大） 4 46 5 4 4 2 3 48 3 2 8 1 2 50 2 2 5 3 1 52 2 2 2 2 1
（a ）整理以上数据表格标注一级极大，一级极小对应的角度值。 测量值 一级极小 一级极大
28 40 α=70mm
38 42 α=50mm
50 α=20mm 量程内未测量到
（b ）画出衍射曲线
41 39 44 52 28 14 18 22 32 12 5 4 8 9
（一）单缝宽度为70mm 时的衍射
（二）单缝宽度为50mm 时的衍射
（三）单缝宽度为20mm 时的衍射
（c ）根据公式算出一级极大和一级极小的衍射角，和实验曲线求得的极大极小对应的衍射角进行比较。
理论值 一级极小 一级极大
27.203 43.292 α=70mm
39.792 73.750 α=50mm
α=20mm 无 无
数据分析：
从表格和衍射曲线图中可以发现当α=70mm，一级极大和极小的实际值与理论值比较接近，误差在2度之内，但是极小值和极大值之间有一个较高的峰值，可能之后环境引起的误差。
但是在α=50mm时候，一级极小值的测量值与理论值相差不大，比较容易读出。
由于α=20mm时，小于波长λ=32mm，不能产生衍射现象。从图三可以看出实际测量值在不断波动，并且总体呈降低趋势，不存在极小极大值点。
所以有图可看出，在误差范围内，基本符合衍射定律。
七、【误差分析】
1、
实验室环境：由于实验室里面设备比较集中，同时有多台仪器同时
进行实验，电磁波的衍射反射折射导致空间中存在很多电磁波信号，导致了在测量中示数的波动，产生了误差。而且组与组之间没有介质隔离开，导致相邻组之间相互电干扰比较大，特别当自己的接收端和其他组的发射端间方向相对时会产生电流的突然增大。此外由于实验空间比较小，自己设备射到附近的物体产生的反射也会影响结果。 实验装置：（1）两个喇叭方向高度没有进行正对校准就进行了实验，这样会导致在两臂成直线时喇叭并不是正对的，这样如果在初始0度角的时候，调节衰减旋钮使表头接近满偏，那么在实验转动支撑臂的时候会发现度数超过量程。我们组就出现了此问题，在调解正确之后数据才比较合理（2）实验仪器精确度问题，实验时小圆盘的刻度指针松动明显导致了读角度可能会产生一定的偏移。
人为因素：在移动支撑臂时候，表头示数不稳定，可能是实验环境的影响，导致了读数的困难，读数精准度不够，同时在试验中能感觉到人体本身产生的反射也会对示数造成影响。
2、
3、
八、【实验心得】
通过本次对电磁波单缝衍射和电磁波反射和折射实验之后，对电磁波的理论有了更深入的理解，衍射反射折射是电磁波在空间传播的3个重要的性质，也都是在之前的电磁场与电磁波学过的内容。在物理实验课程中我们也曾对光波做过同样的观察，但本次对电磁波的观测的方法与之前有很大不同，需要用电流表来读数，并通过读数来找反射角入射角，而不是通过直接观察来得到-可见波和不可见波的测量方法存在着很大的不同。
在进行实验的时候需要我们把学过的知识结合起来而不是盲目地按照步骤去一直做下去，做实验时需要分析原来方法，理解实验步骤的意义，需要根据专业
知识很鉴别自己的数据的正确性，并针对其中的不合理的地方做出分析和改进。同时在实际操作的时候，需要考虑很多实际问题，例如，校准，干扰等等。不但需要有相关的专业知识还需要有比较强的动手能力和实际问题分析解决的能力。 本实验由于环境和仪器本身存在不稳定性，在做衍射实验的时候，在一级极小值之后，读数都很小，容易把小波动当成成极大值。需要多次测量才能确定。 通过本次实验，让我们对课上学习到的知识公式有了更直观的理解，也让我们认识到只有把理论和实际相结合才能真正得运用所学到的知识。
九、【建议】
1、在组与组之间加一些隔离的措施，避免不同组之间电磁波相互干扰。
2、另外，实验的互相之间的干扰太大，希望实验室能够采取某些防止干扰的措施，比如在仪器之间做一些隔离措施，或者减少一次同时进行实验的人数。
3、当α=50mm时，由于表格中给出的要测角度只到52度，而其一级极大衍射角在73.75度，这样，我们根本没有测到该衍射角度的衍射强度，导致最后误把一个测量误差的波动当成了一级极大，所以可以适当地多测一些数据。